單晶體和多晶體的性質和區別

　　什麼是單晶體

　　單晶體是指樣品中所含分子（原子或離子）在三維空間中呈規則、周期排列的一種固體狀態。化學藥物中的原料藥（一般由單一成分組成）在合適的溶劑系統中經重結晶可得到適合X射線衍射使用的單晶樣品，其大小約為0.5mm左右。例如：雪花、食鹽小顆粒等。單晶體是半導體科學技術上的重要材料。

　　單晶體簡介

　　固態物質分為晶體和非晶體。晶體分為單晶體，多晶體。

　　晶體有三個特徵：1、晶體有一定的幾何外形，2、晶體有固定的熔點，3、晶體有各向異性的特點。

　　單晶體是原子排列規律相同，晶格位相一致的晶體。例如：單晶矽

　　單晶體：整塊晶體由一顆晶粒組成，或是能用一個空間點陣圖形貫穿整個晶體。

　　多晶體是由很多排列方式相同但位向不一致的小晶粒組成。例如：常用的金屬。

　　多晶體：整塊晶體由大量晶粒組成，或是不能用一個空間點陣圖形貫穿整個晶體。

　　單晶體具有晶體的三個特徵。

　　多晶體具有前兩項特徵，但具有各向同性的特點。

　　什麼是多晶體

　　整個物體是由許多雜亂無章的排列著的小晶體組成的，這樣的物體叫多晶體。

　　例如：常用的金屬。原子在整個晶體中不是按統一的規則排列的，無一定的外形，其物理性質在各個方向都相同。

　　如：由許多食鹽單晶體粘在一起而成大塊的食鹽。

　　多晶體有確定熔點。

　　單晶與多晶有什麼區別？

　　歷史上最早用於生產太陽能電池的矽片並不像今日使用專門的設備生產的單晶矽片或者多晶矽片，而是使用半導體晶圓的邊角餘料或者殘次品，價格相當昂貴。隨著半導體晶圓的合格率逐漸提高，市場可供應的殘次品晶圓越來越少。當人們希望普及矽基太陽能電池的時候，還沒有出現專門的太陽能單晶矽生產設備，半導體晶圓生產太陽能電池的成本令人望而生畏，人們轉而使用澆鑄、鑄錠、定向凝固的方法生產晶體矽錠，這就是所謂「多晶矽片」的來源，雖然品質較差，但成本有了明顯下降。到上世紀80年代初期，專門用於生產太陽能單晶矽的技術逐漸成熟，這一時期，歐洲、美國、中國誕生了大量10KW以上、1MW以上的太陽能電站，這些電站上使用單晶矽生產的組件至今仍在穩定發電，30年的累計衰減還不到20%，足見單晶功率的穩定性。

　　單晶電池和多晶電池的初始原材料都是原生多晶矽，類似於微晶狀態存在。要具備發電能力，就必須將微晶狀態的矽製成晶體矽，而晶體矽的晶向需要精確控制。單晶電池和多晶電池在製程上唯一無法輕易互換的就是晶體生長環節。在這個環節，原生多晶矽在單晶爐內會生產成單一晶向、無晶界、位錯缺陷和雜質密度極低的單晶矽棒，如下圖所示：

　　

　　多晶晶體的生長工藝本身決定了它無法生長出大面積單一晶向的晶體（單晶），多晶的本質就是大量的小單晶的集合體，如下圖所示：

　　

　　多晶鑄錠的小單晶顆粒之間的晶界會降低電池的發電能力，多晶鑄錠本身簡單粗暴的工藝使得它更容易大規模擴張，但是卻無法將位錯缺陷和雜質密度控制在較低水平，這些要素無一不在影響著多晶的少數載流子壽命。

　　組件功率衰減分為初始光衰和長期衰減兩類，單晶綜合性能優異

　　在組件封裝材料可靠的前提下，影響單晶組件和多晶組件可靠性差異的關鍵因素就是功率衰減指標。它分為初始光衰和長期衰減兩類。人類最早從1970年代前後研究組件衰減問題，經過數十年探索發現，單晶和多晶在這兩類衰減上表現有很大差異。

　　目前的單晶電池以P型為主，這種電池在日照2-3周後會發生2%~3%的快速功率衰減，原因是晶體生長中使用硼作為摻雜劑，同時有較多的氧原子混雜，替位硼和間隙氧在光照下激發形成較深能級缺陷，引起載流子複合和電池性能衰退。但是，這種衰退在退火作用下是可以恢復的。太陽能電池的功率在4個月或更長時間（取決於日照強度和時間）內會發生恢復，到1年後，累計衰減大約是2.5%~3%，並趨於穩定。

　　多晶電池不存在上述問題，但是由於本身無法克服的高雜質濃度和位錯缺陷的影響，在日照下電池性能會持續衰退到3%左右，並且不會出現恢復現象。

　　目前市場上多晶組件功率保證是第1年97%~97.5%，25年80%，也就是說，第一年初始光衰穩定後，以後每年衰減0.71%~0.73%。單晶組件由於使用完美晶體結構的矽材料，內部結構更為穩定，第1年功率保證是97%，25年保證83.8%，第2~25年平均每年衰減僅0.5%，這些指標是組件廠商可以寫入合同的保證值，也是保險公司願意承保的指標。如果多晶組件提出25年功率保證高於單晶，保險公司也很難答應。

　　單晶優勢無法超越

　　在過去幾十年內，無論單晶電池還是多晶電池，生產工藝都非常粗糙，沒有把晶體矽材料的性能充分發揮出來，轉換效率的差異也不太明顯。隨著技術不斷進步，晶體矽材料的發電性能利用程度不斷被刷新，由於單晶材料本身的高品質特徵、多晶材料本身無法克服的高位錯密度和高雜質缺陷，每一種新技術的導入都必然引致單晶相對多晶的轉換效率優勢擴大。目前P型單晶相對多晶的平均轉換效率優勢是1.5個百分點，當PERC技術實現產業化時，單晶效率提升了0.8-1個百分點，多晶效率只能提升0.5-0.6個百分點。今後，IBC、HIT等更多高效技術會導入產業化應用，單晶的優勢還會進一步擴大。

　　個體優勢與整體優勢

　　單晶相對多晶的優勢是整體優勢。不排除個別企業在單晶領域技術落後，以3-5年之前的單晶技術和現在的多晶技術比較，在這種個體情況下，單晶的功率穩定性和轉換效率可能會體現出一定的劣勢。如果放在同一基準線上，在組件功率相差15瓦的情況下，單晶和多晶價格差異將被EPC成本差異所覆蓋，單晶電站投資成本低於多晶。不排除市面上能夠看到極少量的270W、275W或更高功率的多晶組件（60片電池封裝規格，下同），但是它的組件成本必然會高於275W單晶組件，並且1-2年內必然無法批量供應。簡而言之，光伏發電是一項系統工程，能夠實現產業化和規模化供應的、具有性價比優勢的技術路線才是市場競爭中的王者，單純追求價格優勢或者某一方面概念優勢的技術只能作為一個特定時期的過渡。

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